Тема 2.1. Основные сведения о спутниковых навигационных системах
Спутниковые системы включают в себя три составные части:
1. Космический сектор;
2. Сектор управления и контроля;
3. Сектор потребителя.
Космический сектор состоит из созвездия спутников. Чтобы обеспечить одновременное наблюдение 4-х спутников необходимо иметь на орбитах 24 спутника.
Наиболее удобным при обслуживании и использовании является 12-ти часовой период обращения спутника, а это значит, высота полета спутника должна быть 20 тысяч км. При проектировании GPS считали целесообразным 6, близким к круговым, орбит. Между плоскостями орбит 60˚, а спутники в орбите смещены на 40˚.
В системе ГЛОНАСС 3 орбиты, на каждой орбите 8 спутников, отстоящих друг от друга на 45˚.
На каждом спутнике установлена аппаратура радиодальномерного комплекса, передающая радиосигналы, позволяющая определить расстояния, навигационные сообщения о эфемеридах спутников, о поправках к часам и др. информацию.
Расчетный срок работы спутников 7.5 лет, реальный – до 10 лет, масса спутника 1044 кг. В ближайшее время эти спутники будут заменены, срок службы увеличится до 15 лет, дополнительно введена частота L5, что значительно упростит разрешение неоднозначности. Все формируемые на борту спутника несущие и кодовые сигналы, а также бинарные сигналы для передачи навигационного сообщения получают за счет высокостабильных опорных генераторов. Несущие сигналы используются для фазовых измерений расстояний.
Кодовые сигналы позволяют получать расстояния пониженной точности, для распознавания номера спутника, захвата и удержания его в течение всего сеанса наблюдений. Для каждого GPS спутника формируется свой С/А код.
Сектор управления и контроля.
Задачи:
- отслеживать всю информацию.
- обобщение и анализ информации
- предсказывать эфемериды и устанавливать точное время и передавать на спутники.
- выявлять неисправности на спутнике и принимать меры по их устранению.
- осуществлять корректировку орбит спутников посредством дистанционного управления реактивным двигателем.
Сектор управления GPS состоит из одной ведущей станции управления, пяти станций слежения и 3-х загружающих станций.
Кроме ориентационной сети слежения существуют еще 2 системы, которые имеют станции, разбросанные по всему миру, кроме России, их около 60, вся информация поступает в головной вычислительный центр (штата Мериленд). Отсутствие широкой сети станций вне пределов России несколько снижает возможности проведения траекторных измерений. В системе ГЛОНАСС, для устранения этого недостатка предусмотрено использование спутниковых лазерных дальномеров, позволяющих с высокой точностью определять параметры движения спутников ГЛОНАСС.
Приемо-вычислительный комплекс (сектор потребителя).
Задачи:
- прием радиосигналов от спутников;
- регистрация принимаемых величин;
- предварительная обработка измерений непосредственно на пункте;
- пост-обработка данных.
Измерение времени.
За единицу времени принята атомная секунда. Спутниковая радионавигационная система является распределительной системой командно-измерительного комплекса, высокая стабильность времени обеспечивается водородным стандартом частоты с относительной погрешностью 5х10-14.
Бортовая шкала времени спутника формируется цезиевыми стандартами частоты, с относительной нестабильностью частоты (1-5)х10-13. Они работают в неблагоприятных условиях, поэтому возникают расхождения.
Шкала времени потребителя формируется кварцевым стандартом частоты с относительной нестабильностью 10-9…10-11 в зависимости от класса приемника.
Между шкалами времени существуют расхождения, поэтому важное место отводится синхронизации шкал.